水库大坝安全保障关键技术研究与应用

2018-11-20

  一、项目名称:水库大坝安全保障关键技术研究与应用

  二、获奖年份、奖项名称及等级:2015年,国家科学技术进步奖一等奖

  三、主要完成单位:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院、中国水利水电科学研究院、河海大学、长江水利委员会长江科学院、黄河水利委员会黄河水利科学研究院、长江勘测规划设计研究有限责任公司、南京大学、中国人民解放军理工大学、江苏南大先腾信息产业有限公司、杭州市青山水库管理处

  四、主要完成人:张建云、蔡跃波、李云、贾金生、汪小刚、盛金保、李雷、顾冲时、宣国祥、杨正华、王士军、魏迎奇、卢正超、彭雪辉、王晓刚

  五、成果介绍:

  我国现有水库大坝9.8万座,在保障国家水安全中发挥了非常重要作用,但我国大坝安全管理相对薄弱,溃坝时有发生。该成果主要依托“十一五”国家科技支撑计划项目“水库大坝安全保障技术研究”和国家自然科学基金等项目,围绕水库大坝安全保障关键技术,针对溃坝与洪水、大坝风险、除险决策、应急对策四大科学问题,历时10余年开展攻关研究。

  该项目取得的一下创新成果:

  1、创建了国内外最高的实体溃坝试验场,揭示了土石坝溃决新机理,建立了漫顶溃决模拟和预测新方法。

  2、首次研发了全国、全系列、全要素大坝基础数据库,揭示了水库病险成因、溃坝规律及其时空特征。

  3、创建了中国大坝风险标准体系,建立了大坝除险加固决策方法和模型,研发了大坝除险加固新技术。

  4、研究提出了大坝隐患典型图谱集,建立了大坝安全预警指标体系与预测模型。

  该项目成果获得发明专利22项,出版专著14部,编制行业标准和规范性文件24项,软件著作权12项,发表论文315篇(SCI 43篇、EI 87篇)。

  成果已成功应用于小浪底、丹江口、小湾等50多座大型水库,全面提升了全国大坝安全管理能力,推动了行业科技进步。成果应用于全国水库除险加固工程,仅2012年~2014年3年就创造经济效益约134亿元,社会和生态环境效益显著。

   

  图片1:大尺度实体溃坝实验场(坝高9.7m,欧盟IMPACT项目试验坝高6m)

  创建了国内外最高(9.7m)的实体溃坝试验场,研发了实体溃坝试验多要素动态精细测量系统,揭示了土石坝溃决“剪剥式”冲蚀、“双螺旋流”淘刷、溃口边坡间歇性失稳坍塌的新机理,建立了土石坝漫顶溃决模型相似准则和溃口发展预测方法。依托溃坝实验场,建立了“国家防汛抗旱总指挥部抗洪抢险实验基地”。研究成果应用于2014年鲁甸地震红石岩堰塞湖溃坝洪水分析,科学指导应急抢险。

   

  图片2:全国水库大坝基础数据库

  首次研发建设了包括全部注册登记大坝基础数据、病险水库数据、除险加固水库数据、我国所有溃坝记录及国外典型溃坝数据的全系列、全要素全国水库大坝基础数据库,系统挖掘了病险水库成因及演变机理,揭示了我国溃坝事件时空特征和规律,构建了多参数溃坝特征统计模型。全国水库大坝基础数据库在行业管理、病险水库除险加固规划、涉水突发事件应急处置等工作中发挥了重要的基础信息支撑作用。

   

  图片3:中国水库大坝风险标准

  基于建国以来的3500多座溃坝资料和1200多份大坝风险承受能力调查资料,首次构建了个人风险承受能力概化模型,建立了中国水库大坝风险标准体系,创建了病险水库除险加固“优先排序-关联决策-方案优化-效果量化评价”全过程决策方法和评价模型。制定了《水库大坝风险等级划分标准》、《水库大坝风险评估导则》、《水库大坝安全管理应急预案编制导则》等技术标准,已成功应用于全国水库大坝风险决策和安全管理。

   

  图片4:水库报废影响层次分析

  分析了水库报废拆坝对生态环境的影响及其时空关系,建立了水库报废拆坝生态环境影响与修复评价指标体系及网络层次分析模型,提出了水库降等与报废判别准则。制定了《水库降等与报废标准》,为水库降等与报废提供了科学依据。

   

  图片5:溃坝突发事件预警方法

  研发了大坝安全预测新模型及基于人工智能技术的大坝安全综合分析推理系统,建立了水库大坝突发事件预警指标体系及预警等级划分标准,为水库突发事件应急管理提供了科学依据。